GPU加速窦房结计算机仿真的实现及优化

针对窦房结电生理计算机仿真运算量巨大、耗时长的问题,提出了基于高性能图形处理单元(GPU)实现并行计算及优化的方法。首先考虑窦房结细胞中央和边缘的差异,构建了一维非匀质窦房结组织模型;利用算子分裂方法使模型的解算任务具备并行性。根据具体解算过程提出了三种并行化策略,并对其中耗时最短的策略从线程块设置、数据交换频率以及存储模式等方面进行了进一步优化。结果表明:对于500个细胞的仿真,CUDA程序较串行程序的执行时间下降了60%,进一步优化后,CUDA程序的执行时间可下降84%;窦房结组织越大,GPU的加速效果越明显。结果验证了GPU加速解算方法可显著提高窦房结模型的解算速度,降低实际执行时间。     

基于ABAQUS的三维锚杆单元开发

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户单元子程序UEL接口,开发了一种三维锚杆单元.该单元所采用的本构模型可以模拟锚杆初锚、增阻、恒阻、降阻全过程,并考虑了锚杆的横向剪切加固效应.算例分析表明,利用此自开发单元可得出合理的锚固数值分析结果.     

基于非结构网格的三维浅水模型

采用水位积分平衡法并引入边壁滑移系数,解决σ坐标系下有限体积离散时产生的静水压力项与底坡项的平衡问题和边壁阻力的模拟问题,建立非结构网格上三维浅水模型.风生流试验计算结果表明,模拟的纵向流速的垂向分布与理论分布吻合较好;Holtz丁坝试验计算结果表明,引入边壁滑移系数能够模拟坝体附近上游小回流区和下游小回流区;淹没丁坝...     

桥式起重机桥架的三维有限元分析

以某冷轧带钢厂现役50 t×33 m桥式起重机为研究对象,采用有限元法对桥式起重机桥架结构进行了应力分析.结果表明,主梁跨中焊缝应力最大,且存在严重应力集中,是桥式起重机的主要裂纹源,亦是桥式起重机在承载能力方面的薄弱环节.     

计算混凝土水化热问题的有限元解

由于数学处理上的困难,重新用解析解的方法制新图表是非常繁琐的,且工作量很大。本文用有限单元方法分别对一、二期冷却问题进行了研究,提出了相应的计算公式,编制了通用电算程序,对各种因素的影响进行了系统的分析。     

三维瞬态涡流问题的有限棱单元计算法

推导出求解三维瞬态涡流问题的Ａ－Ａ有限棱单元法控制方程；运用补树技术保证了解的唯一性；提出了不完全树约束方法加速ＩＣＣＧ收敛；运用本方法对ＴＥＡＭ ＷＯＲＫＳＨＯＰ问题４进行了计算，具有较高精度和快速收敛等优点。     

基于GPU的高光谱遥感MNF并行方法研究

最小噪声分离变换(MNF)是高光谱遥感影像分类中特征提取和去除噪声的有效方法.MNF算法涉及大量的矩阵运算,在实际工程的海量数据处理中存在计算时间长的问题.在分析MNF算法原理的基础上,运用图形处理单元(GPU)并行框架对该算法进行优化,并通过不同大小的高光谱遥感数据进行计算和分析.结果表明,随着影像数据量的递增,采用并行计算方式的提速比呈明显上升趋势,说明GPU并行方式对于计算密集型的大数据量处理具有良好的提速效果,为解决海量高光谱遥感数据处理速度慢的问题提供了思路.     

研究各向异性对脑电影响的有限体积法

为研究颅骨各向异性对头皮表面电位分布的影响,提出新型的有限体积法.采用四面体二阶形状函数,避免了原有限体积法中“次级元”的使用,并利用Gauss积分提高计算精度.为克服剖分的几何奇异性,进一步将六面体剖分转化为三棱柱剖分.利用这一方法对球模型进行了仿真实验,并推广到真实头型.计算结果表明:各向异性的比率以及偶极子电流源的位置对于脑电的分布影响显著.     

线性元有限体积元法的一种并行格式

为有效解决规模庞大的数值计算问题,充分利用机器资源,提高计算效率,基于线性元有限体积格式,通过区域分解法,在三角形网格上提出一种适用于在多核机器或并行系统上运算的并行格式.数值实验结果表明,该格式在各类扭曲网格上,不仅可达到最佳的收敛速度,而且拥有良好的并行效率.     

基于DEM和GPU加速的颗粒运动仿真方法研究

采用离散元素法(discrete element method, DEM)进行颗粒系统运动仿真时,其模拟计算量大、计算效率低下,所采用的传统中央处理器(central processing unit, CPU)并行计算模型难以实现较大规模模拟。文章提出了一种基于图形处理单元(graphics processing unit, GPU)和统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)的并行计算方法;以球磨机的介质运动仿真为例,利用DEM方法结合CUDA并行计算模型,充分利用GPU众核多线程的计算优势,同时将颗粒属性信息存入GPU的常量存储器,减少信息读取的时滞,将筒体和衬板视为圆柱面和平面,简化了筒体与颗粒的接触判断,实现每个线程处理1个颗粒的相关计算,大幅提高计算速度;对颗粒堆积、筒体内2种尺寸颗粒运动进行仿真,并与基于CPU并行计算的结果进行对比。研究结果表明:在同等价格的硬件条件下,该文的方法可以实现10倍以上的加速比;对于含有复杂几何模型的仿真,如多尺寸颗粒和带衬板筒体的仿真,加速比会减少,但仍然可以实现数倍的加速。     

二维FFT在GPU上的并行实现

FFT算法是高度并行的分治算法,因此适合在GPU（Graphics Processing Unit,图形处理器）的CUDA（Compure Unified Device Architecture,计算统一设备体系结构）构架上实现．阐述了GPU用于通用计算的原理和方法,并在Geforce8800GT平台上完成了二维卷积FfTr的运算实验．实验结果表明,随着图像尺寸的增加,CPU和GPU上的运算量和运算时间大幅度增加,GPU上运算的速度提高倍数也随之增加,平均提升20倍左右．     

基于图形处理器的格子Boltzmann方法计算

由于图形处理器(GPU)最近几年迅速发展,基于GPU的计算作为一个新的研究方向已经引起越来越多人的关注.在综述国内外最新文献的基础上,从介绍GPU的高性能开始,分析GPU本身的特性,介绍GPU的计算模型并分析其流水线结构,阐述如何对GPU进行编程,并初步实现基于GPU的格子Boltzmann方法（LBM）计算.     

分布式多点控制单元的模型与实现

针对集中式多点控制单元(MCU)存在的负载集中、扩展性差、规模受限和故障容错能力差等问题,提出了一种基于软件的分布式MCU模型,它采用组播和单播相结合的数据传输策略,支持跨网段的数据传输。同时,还分析了分布式MCU的群组交互能力和故障恢复机制。测试及实际应用表明：与集中式MCU相比,分布式MCU不仅可以有效地扩大群组交互的规模,而且在故障容忍及恢复方面也有明显改进。目前该模型已在多媒体同步实时授课系统Smart-RealClass中得到应用。     

图形处理器在分层聚类算法中的通用计算研究(英文)

ROCK是一种采用数据点间的公共链接数来衡量相似度的分层聚类方法,这种方法对于高维、稀疏特征的分类数据具有高效的聚类效果。其邻接度矩阵计算是影响其时间复杂度的关键步骤,将图形处理器(GUP)强大的浮点运算和超强的并行计算能力应用与此步骤,而其余步骤由CPU完成,这种基于GUP的ROCK算法的运算效率在AMD 643500+CPU和NVIDIA GeForce 6800 GT显卡的硬件环境下经过实验测试,证明其运算速度比完全采用CPU计算速度要快。这种改进的分层聚类算法适合在数据流环境下对大量数据进行实时高效聚类操作。     

三维电脑动画生成技术及其实现

讨论和分析了三维动画生成基本原理，提出了在动画工具制作过程中采用矩阵插入方法解决动画平滑和连贯等技术问题，并在ＳＧＩ图形工作站上得以实现，该方法也适用于其它工作站和微机上的动画工具制作。     

基于AutoCAD环境下的圆锥齿轮三维模型建立

用圆弧线代替渐开线,在AutoCAD环境下,可用Autolisp语言编程在计算机上实现直齿锥齿轮参数化三维建模.使用该研究成果,只需加载Autolisp程序,输入模数、齿数、齿轮分度圆锥角等参数,便可以自动生成直齿圆锥齿轮的三维模型.该方法用较简单、易记的几个常用参数即可构造出圆锥齿轮的三维模型.     

基于AutoCAD环境下的圆锥齿轮三维模型建立

用圆弧线代替渐开线,在AutoCAD环境下,可用Autolisp语言编程在计算机上实现直齿锥齿轮参数化三维建模.使用该研究成果,只需加载Autolisp程序,输入模数、齿数、齿轮分度圆锥角等参数,便可以自动生成直齿圆锥齿轮的三维模型.该方法用较简单、易记的几个常用参数即可构造出圆锥齿轮的三维模型.     

Development of a Mobile Sensing Unit and Its Prototype Implementation

This paper represents a design and development of a mobile sensing unit as well as its prototype implementation for railway track monitoring. The unit consists of an ultra-small personal computer (PC), a global positioning system (GPS) receiver, an accelerometer and an ADC (Analog/Digital Converter) so that the unit can trace the route while capturing an acceleration response of a passenger vehicle. The unit enables more frequent and qualitative data acquisition compared with traditional and the state of the practice railway track inspection equipments. Locating disorder is the key of our unit, which has a reasonable accuracy of positioning with GPS data, existing facilities landmarks, and car acceleration responses. The proposed unit is a promising device for efficient properties management of railway agencies. The prototype implementation shows a result that car acceleration responses are related with the track displacements in low frequencies. The results also imply that sensor settlement on a vehicle floor, not axes or bogies, is effective for capturing track vertical displacements.     

内积Hopfield模型及其光电实现

着重讨论了二维自关联和异关联Hopfield模型的内积形式,并提出了两种新的光电实现系统。其中采用了偏振编码加1/2波片的方法来解决两极编码问题;另一特点是只要改变第一块记忆模板以及相应地调整反馈阈值就可以实现异关联。最后给出了计算机模拟及原理性实验结果。